FAKULTÄT FÜR BAUINGENIEUR- UND VERMESSUNGSWESEN
DER TECHNISCHEN UNIVERSITÄT MÜNCHEN
Bachelorarbeit zum Thema
Building Information Modeling am Beispiel
des Hauptbahnhofs München
Julia Hölderle
Bachelorarbeit
Zur Erlangung des akademischen Grades Bachelor of Science (B.Sc.)
Building Information Modeling am Beispiel des Hauptbahnhofs München
Fachgebiet Computergestützte Modellierung und Simulation
FAKULTÄT FÜR BAUINGENIEUR- UND VERMESSUNGSWESEN DER TECHNISCHEN UNIVERSITÄT MÜNCHEN
1.Prüfer: Prof. Dr. André Borrmann
2.Prüfer: Dipl.-Inf. Yang Ji
vorgelegt von: Julia Hölderle
Matrikelnummer:
München am 18.11.2011
Kurzfassung
Diese Bachelor’s Thesis setzt sich sowohl mit der Erstellung eines Building
Information Model (BIM) für den „Münchner Hauptbahnhof“ welches mit dem
Programm Autodesk Revit Structure 2012 angefertigt wurde, als auch mit einer
Analyse der Building Information Modelling Software auseinander.
Der schriftliche Teil beinhaltet eine genaue Beschreibung der BIM Programme, sowie
deren Vorteile und Entwicklung auf dem Markt. Zudem wird auf Schwierigkeiten
eingegangen, wie zum Beispiel die fehlende Interoperabilität zwischen verschiedenen Programmen.
Der Hauptteil dieser Arbeit beschäftigt sich mit dem Vorgang der Modellierung des
Münchner Hauptbahnhofs mit dem Programm Autodesk Revit Structure 2012 und
behandelt die dabei aufgetretenen Probleme und deren Lösung.
Dabei wird ausführlich auf die Vorgehensweise der geometrischen Modellierung, wie
beispielsweise die Erstellung von Familien, Verknüpfungen oder Ebenen
eingegangen. Zudem wird erklärt, wie das Modell durch die Zuordnung von Textur
auf die einzelnen Objekte realistisch dargestellt und anschließend ein virtueller Rundgang (Walkthrough) durch das Gebäude erstellt wurde.
Abstract
This bachelor thesis consists of two parts, firstly of the elaboration of a Building Information Model of Munich´s Central Station ("Münchner Hauptbahnhof) with the
program Autodesk Revit Structure 2012 and secondly of an analysis of the Building
Information Modelling Software.
The written part of the thesis deals with describing and evaluating the BIM programs, their advantages and their development on the market. Moreover the problem of
interoperability between the different programs is being discussed.
The main section characterizes and explains the procedure of modeling the Munich
Main station with the help of Autodesk Revit Structure 2012. Furthermore the problems, occurring during the process and their solutions are being presented.
At this the proceedings of geometric modeling, like the construction of families, links
or layers, are being specified. On top of that it is being explained how through the
attribution of texture to the objects the model is realistically presented and how a virtual walkthrough of the building was subsequently created.
Fachgebiet Computergestützte Modellierung und Simulation Bachelor Thesis „Building Information Modeling am Beispiel des Hauptbahnhof München“
1
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung ............................................................................................................... 3
2 Aufgabenstellung - Modellierung des Münchner Hauptbahnhofs.................. 6
2.1 Voraussetzungen ............................................................................................... 7
2.2 Gebäudemodellierung (3) ................................................................................. 8
2.2.1 Projektvorlagen........................................................................................... 8
2.2.2 Ebenen........................................................................................................ 9
2.2.3 Geschossdecken ...................................................................................... 10
2.2.4 Wände....................................................................................................... 11
2.2.5 Treppen..................................................................................................... 14
2.2.6 U-Bahnröhren/Familie erstellen/Entwurfskörper .................................... 16
2.2.7 Verknüpfungen der Stockwerke und Gebäude ...................................... 18
2.2.8 Bauteilimport.............................................................................................. 19
3 Visualisierung ....................................................................................................... 21
3.1 Rendering mit Revit Structure 2012 ................................................................ 21
3.1.1 Kamera ...................................................................................................... 22
3.1.2 Walkthrough............................................................................................... 23
3.2 Rendering mit Artlantis Studio 2.......................................................................... 25
3.2.1 Kamerabilder und Walkthrough .................................................................... 26
4 Building Information Modeling........................................................................... 28
4.1 Geschichte ........................................................................................................ 28
4.2 Begriffsklärung und Vorteile............................................................................. 28
4.3 IFC..................................................................................................................... 32
2
4.4 Zukunft von Building Information Modeling ........................................................ 33
5 Markübersicht und Autodesk Revit Structure 2011 ........................................ 35
5.1 AutoCAD Architecture ...................................................................................... 35
5.2 Autodesk Revit ................................................................................................. 36
5.2.1 Autodesk Revit Architecture 2012 ............................................................ 37
5.3.2 Autodesk Revit Structure .......................................................................... 37
6 Fazit ........................................................................................................................ 41
Literaturverzeichnis..................................................................................................... 43
Abbildungsverzeichnis ............................................................................................... 45
Selbstständigkeitserklärung ...................................................................................... 46
3
1 Einführung
Die Aufgabenstellung dieser Bachelorarbeit sah vor, ein Building Information Model
für den Hauptbahnhof München auf Grundlage von existierenden Autocad
Architecture Zeichnungen zu erstellen.
Der Münchener Hauptbahnhof wurde 1839 erstmals als provisorischer Bahnhof erbaut. Allerdings brannte dieser 1847 nieder. In den folgenden zwei Jahren wurde
das Bahnhofsgebäude nach dem Entwurf des deutschen Architekten Friedrich
Bürkheim wiedererrichtet. Der Bahnhof vergrößerte sich stetig, da immer mehr
Zugverbindungen hinzukamen, sodass im Jahre 1904 der Bahnhof schließlich in
„Münchner Hauptbahnhof“ umbenannt wurde. Im Zweiten Weltkrieg wurde ein
Großteil des Gebäudes zerstört. Der Wiederaufbau dauerte bis 1960. Dabei wurden
die noch bestehenden, nicht zerstörten Flügelbahnhöfe in den Neubau integriert. In
den darauffolgenden Jahren wurden die S-Bahn Strecke und die U-Bahn Linien U1, U2, U4 und U5 entworfen und verwirklicht. Somit gehörte der Münchner
Hauptbahnhof schon 1989 zu den bedeutendsten Bahnhöfen der Deutschen
Bundesbahn. (1)
Abbildung 1: Hauptbahnhof München 18541
Heute ist der Münchner Hauptbahnhof ein wichtiger Knotenpunkt im Bahnverkehr
Deutschlands. Der Bahnhof ist nicht nur einer der größten Kopfbahnhöfe Europas,
1 [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6d/M%C3%BCnchener_Bahnhof,_arround_1854.jpg/220px-M%C3%BCnchener_Bahnhof,_arround_1854.jpg]
4
sondern auch bezüglich der Zugreisenden der zweitgrößte Bahnhof Europas (1). In den letzten Jahren gab es einige Projekte zur Umgestaltung des Hauptbahnhofes,
wie zum Beispiel der Umbau der Eingangshalle, die Planung der Transrapidstrecke
und München 21, welche aus politischen und Kostengründen nicht umgesetzt
werden konnten. Derzeit wird das Projekt „Die zweite Stammstrecke“2 verwirklicht.
Dieses wird ausführlich auf der Internetseite des Bauvorhabens behandelt.
(www.2.stammstrecke-muenchen.de)
Da die Verkehrsnachfrage stetig zunimmt, stößt das jetzige System der
Stammstrecke an seine Grenzen. Die Störungen auf den Gleisen wirken sich auf den
gesamten S-Bahn Betrieb aus, woraus lange Wartezeiten für die Fahrgäste
resultieren. Die zweite Stammstrecke soll all diese Probleme lösen indem sie das
„Kernstück des Bahnknoten Münchens“3 wird und die Leistungsfähigkeit der S-Bahn
erhöht. Die zweite Stammstrecke wird parallel zur jetzigen Stammstrecke verlaufen und ca. 10 km lang sein. Zwei neue Tunnel müssen in circa 40 m Tiefe gelegt
werden, da diese mitten durch die Innenstadt führen und einige U-Bahnstrecken
kreuzen. Zusätzlich wird es an Hauptbahnhof, Marienplatz und Ostbahnhof drei neue
Stationen geben. Diese Arbeit behandelt die neue Station am Münchner
Hauptbahnhof, welche zu einem sehr wichtigen Knotenpunkt zwischen der neuen
Stammstrecke, der bestehenden S-Bahnlinie, den U-Bahnlinien U1, U2, U4 und U5,
den oberirdischen Bus- und Tramlinien, sowie dem Zugverkehr der Deutschen Bahn
werden soll. Somit kann eine möglichst schnelle Verbindung zwischen den einzelnen Verkehrsmitteln gewährleistet werden. Um dies zu ermöglichen wird ein zentraler
Aufgang gebaut, der von der oberirdischen Schalterhalle bis zu den Gleisen in 40 m
Tiefe reicht. (2)
2 Vgl.: (2) 3 Vgl.: (1)
5
Abbildung 2: Zentraler Aufgang4
Das Ziel der Bachelorarbeit ist, das Gebäude und die Verbindungen zwischen den verschiedenen Verkehrsmitteln an der Station Hauptbahnhof möglichst realistisch
darzustellen. Als Vorlage werden mir die AutoCAD Pläne für das Bauvorhaben zur
Verfügung stehen. Mit Hilfe des Programms Autodesk Revit soll aus diesen Plänen
ein Building Information Model erstellt werden, das das Gebäude wirklichkeitsnah
wiederspiegelt. Der Grundgedanke ist, das Gebäude mit den vorhandenen
geometrischen Objekten (Wände, Decken, Türen usw.) zu modellieren, die Bauteile
mit passenden semantischen Informationen, wie zum Beispiel die Dicke, Farbe und
Materialeigenschaften einer Wand zu versehen, um eine Visualisierung zu erreichen und einen virtuellen Rundgang durch das Modell zu erstellen.
Im schriftlichen Teil der Arbeit werden die Vorgehensweise sowie die Vorteile und
Probleme während des Modellierprozesses mit Autodesk Revit Structure aufgezeigt.
Weiterhin ist es aufschlussreich zu sehen, ob die immer neu auf den Markt kommenden Produkte die Modellierung erleichtern und von der Zielgruppe
angenommen werden.
4 [http://www.2.stammstrecke-muenchen.de/das-projekt/bahnhoefe/]
6
2 Aufgabenstellung - Modellierung des Münchner
Hauptbahnhofs
Die Grundlage des Modellierens waren die AutoCAD Architecture Pläne für den Bau
der zweiten Stammstrecke. Die Pläne beinhalten die gesamte Infrastruktur des
Hauptbahnhofes mit allen Anbindungen der Deutschen Bahn, Regionalbahn und S-
Bahn und den U Bahn Linien U1, U2, U4 und U5. Weiterhin sind sowohl die Verbindungswege zwischen den Geschossen und den verschiedenen
Transportmittel dargestellt, als auch die geplante, aber nicht umgesetzte
Transrapidstrecke. Ziel der Arbeit ist es, die Verbindungen zwischen der
Eingangshalle des Münchner Bahnhofes und den vier Untergeschossen unter dem
Bahnhofsplatz in Autodesk Revit 2011 zu übertragen und als Bauwerkdatenmodell
(BIM) darzustellen. Der Schwerpunkt ist die Verknüpfung zwischen den Bahnsteigen
der Strecke U1 und U2 und der Strecke U4 und U5 aufzuzeigen. In den folgenden
Kapiteln wird die Herangehensweise, der Ablauf und die Probleme der Modellierung, vom Zeichnen der Gebäude bis hin zum Erstellen eines virtuellen Rundgangs
beschrieben.
Abbildung 3: Gesamtmodell
7
Abbildung 4: Rendering Bahnsteig
2.1 Voraussetzungen
In dem Programm AutoCAD Architecture 2012, in dem die Vorlagepläne gezeichnet wurden, sollten Vorkenntnisse vorhanden sein, um richtig mit den Plänen umgehen
zu können. Eine praktische Einführung in das 2D und 3D Zeichnen mit AutoCAD
Architecture ist von Vorteil.
Die Autodesk Programme Revit und AutoCAD können von Studenten der TUM kostenlos auf deren Internetseite erworben werden.
Als Vorlauf für die Bearbeitung dieser Bachelor's Thesis wurden die im Internet
angebotenen Tutorials von Autodesk Revit Architecture 2011 im Selbststudium
bearbeitet. Diese Tutorien bietet die Webseite http://bimblog.typepad.com/autodesk_bim_blog/ an. Die Tutorien sind in drei
Themen- und Schwierigkeitsstufen unterteilt, „Getting Started“, „Advanced- Detailing“
und „Professional-Massmodeling an Rendering“. Zu jeder Übung gibt es ein Video
auf YouTube, das die Aufgabe beschreibt und dem Bearbeiter erklärt und vorführt,
wie er sie bewältigen kann. Zusätzlich wurde mit dem Buch Tutorial: Revit
8
Architecture 2009 – Grundlagen“ gearbeitet. Die darin enthaltenen Übungen geben dem Nutzer einen sehr guten Überblick über Autodesk Revit Architecture.
Diese Arbeit wird mit Revit Structure erstellt, aber wie im Kapitel Revit Structure
dargelegt, unterscheiden sich die zwei Programme in der Arbeitsweise nicht
wesentlich. Daher helfen die Tutorien auch für das Arbeiten mit Revit Structure. Zudem bietet das Forum http://www.revitforum.com bei Problemen Hilfe an.
Zum Schluss der Vorbereitung wurde, um ein um ein besseres Verständnis für die
Pläne zu bekommen, der Münchner Hauptbahnhof genau angeschaut und mit Fotos
dokumentiert.
Zu Beginn der Modellierung wurde die Struktur des Modells des Münchner
Hauptbahnhofs festgelegt. Es wurde beschlossen, mit dem Geschoss unter der
Eingangshalle des Bahnhofsgebäudes anzufangen und später die Untergeschosse
unter dem Bahnhofsplatz einzeln zu erstellen. Die Entscheidung, das Modell in Teile zu zerlegen und einzeln zu modellieren, wurde getroffen, da das Programm bei zu
großen Zeichnungen sehr lange Rechenzeiten benötigt. Die Einzelmodelle werden
später durch Verknüpfungen zu einem Gesamtmodell zusammengefügt. Auf die
Verknüpfungen wird in dem Kapitel 2.2.7 genauer eingegangen.
2.2 Gebäudemodellierung (3)
2.2.1 Projektvorlagen
Projektvorlagen enthalten die Grundeinstellungen für die Bearbeitung eines Projekts.
Diese umschließen Familien, Typen, Ansichten, Ebenen und Projektstandards. Als
Vorlage für dieses Modell wird die automatisch eingestellte Projektvorlage
„…\Autodesk\RST 2012\Templates\Germany\Structural Analysis-defaultDEUDEU.rte“
angewendet.
Diese Vorlage beinhaltet beispielsweise die Einstellung der Fangpunkte, die hilfreich
für das Zeichen und das Anordnen von Bauteilen sind, wie das folgende Bild
verdeutlicht. Das rosafarbige Kästchen markiert den Schnittpunkt mit einer anderen
Wand und vereinfacht somit das Konstruieren der Verbindungswand.
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Abbildung 5: Fangpunkt
Wichtig ist zudem, dass die Einheiten mit der die Zeichnung erstellt werden soll,
richtig eingestellt sind. Diese können unter Verwalten -> Projekteinheiten jederzeit
geändert werden. Die oben erwähnte Projektvorlage ist auf Meter und Zentimeter eingestellt, was für diese Modellierung passend ist.
Revit Structure bietet für häufig verwendete Befehle Tastaturkürzel, die flüssige und
schnelle Arbeitsweise fördern. Ein häufig verwendetes Kürzel ist „WT“. Dieses
bewirkt, dass sich die Ansichtsfenster neben oder untereinander anordnen. (3)
2.2.2 Ebenen
Ebenen sind endlich horizontale Flächen, die als Referenz für Bauelemente wie
Dächer, Geschossdecken oder Decken dienen. (4)
Das bedeutet, Ebenen legen eine Höhe oder ein Stockwerk in dem Gebäudemodell
fest. Somit wurde für das Modell „Münchner Hauptbahnhof“ für jedes Stockwerk und
jede andere wichtige Höhe, wie zum Beispiel der Bahnsteig, eine Ebene erzeugt. Die
Ebenen werden in Schnitten oder Ansichten, beispielsweise in der Ansicht Nord, in die man über den Projektbrowser wechseln kann, sichtbar. Aufgrund der
Projektvorlage sind mehrere Ebenen vorgegeben, können aber durch Doppelklick auf
die Beschriftung oder Höhenangabe geändert werden. Da das Projekt unterirdisch
liegt, wurden alle oberirdischen, nicht benötigten Ebenen gelöscht. Neue Ebenen
werden entweder durch die Kopierfunktion in Revit erstellt und daraufhin neu
beschriftet, oder unter Start -> Bezug -> Ebene neu erzeugt. Um neu erstellte
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Ebenen auch als Tragwerksplan (Grundriss) zu erhalten, ist es notwendig, diese unter Ansicht -> Draufsichten -> Grundriss hinzuzufügen. Die Ebenen werden nach
den auf ihnen liegenden Decken benannt. Der Aufbau der Ebenen wird durch
folgendes Bild deutlich.
Abbildung 6: Ebenen: U4 Ansicht Nord
2.2.3 Geschossdecken
In jedem einzelnen Modell wird zunächst damit begonnen die Geschossdecken zu
konstruieren. Dies erfolgt in einer Draufsicht. Unter Start -> Geschossdecke ->
Tragende Geschossdecke gelangt man in den Zeichenmodus und kann die
Geschossdecke skizzieren. Üblicherweise zeichnet man diese auf ein zuvor erstelltes
Rasterliniensystem und sperrt die Rasterlinien an das Rasterliniensystem. Dies hat
den Vorteil, dass bei künftigen Änderungen nur die Rasterlinien verändert werden
müssen und sich die Geschossdecke automatisch mit verschiebt. Da die
Geschossdecken in diesem Modell sehr groß und aufwendig waren, wird auf ein Rasterliniensystem verzichtet. (3)
Es wird folgendermaßen vorgegangen: Zuerst werden die Vorlagepläne in AutoCAD
Architecture bemaßt und daraufhin in Revit gezeichnet. Dies ist sehr zeitaufwendig.
Allerdings gibt es auch eine andere, schnellere Methode. Revit bietet die Möglichkeit
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AutoCAD Pläne als dwg. Datei zu importieren, somit können diese auf das Modell platziert werden und als Zeichenvorlage verwendet werden. Das bedeutet, dass das
importierte Gebäude in einer Draufsicht geöffnet wird und die Geschossdecken auf
die Vorlage gezeichnet werden können. Nach Fertigstellen der Zeichnung können
die importierten Pläne wieder gelöscht werden und das konstruierte Geschossdecke
bleibt erhalten.
Es war nicht möglich einfach die importierten Pläne zu verwenden und nicht selbst zu
zeichnen, da ein importiertes Gebäude als ein Objekt erscheint, so dass die
einzelnen Bauteile nicht verändert werden können, sondern nur das komplette
Gebäude. Revit bietet dafür die Option „teilweise oder komplett auflösen“ und man
erhält das Gebäude in Einzelbauteilen. Das Problem ist aber, dass diese Bauteile,
zum Beispiel die Wände, nicht als Wände sondern als „Importiertes Symbol“
erscheinen und damit auch keine Materialzuweisung stattfinden kann.
Abbildung 7: vordefinierte Geschossdecken
Unter den Elementeigenschaften gibt es verschiedene vordefinierte Arten von
Geschossdecken zur Auswahl, es ist aber auch möglich eine ähnliche Decke zu
wählen, diese zu duplizieren und dann der Geschossdecke die gewünschten
Eigenschaften, wie Dicke, Aufbau und Material, zuzuweisen.
2.2.4 Wände
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Der zweite Teil dieser Arbeit besteht darin, die Außen- und Innenwände auf die Geschossdecken zu modellieren. Zuerst werden die Wände in den AutoCAD
Architecture Zeichnungen unter den Eigenschaftsoptionen angeschaut und daraus
die Dicke, Höhe und Breite entnommen. Daraufhin können diese wie folgt in
Autodesk Revit Structure 2012 konstruiert werden.
Um Wände zu zeichnen ist es von Vorteil eine Ebenenansicht und die 3D Ansicht
nebeneinander zu platzieren, da in der Draufsicht gezeichnet wird und der
Zeichenfortschritt in der 3D Ansicht beobachtet werden kann.
Abbildung 8: Ebenenansicht und 3D Ansicht
Unter Start -> Wand -> tragende Wände gelangt man in den Zeichenmodus und
kann nun unter den Elementeigenschaften zwischen verschiedenen vordefinierten
Wandtypen wählen. Im Gebäudemodell Hauptbahnhof gibt es viele verschieden
hohe und dicke Wände, daher wird für jede unterschiedlich dicke Wand ein neuer
Wandtyp dupliziert und mit den jeweiligen Eigenschaften versehen. Da keine
Informationen zu den Materialien vorhanden waren, wird auf Grundlage von
Erkenntnissen der Vor-Ort-Untersuchungen angenommen, dass alle Wände aus Stahlbeton erstellt sind. Beim Zeichnen der Wände ist es wichtig, dass man vorher in
den Elementeigenschaften unter „Abhängigkeit unten“ einstellt, um festzulegen auf
welcher Ebene Wand steht, sowie unter „Abhängigkeit oben“, wie hoch die Wand
werden soll. Auch ist es möglich einen Versatz oben oder unten einzufügen. Nach
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Festlegen der Einstellungen wird ein Zeichenwerkzeug gewählt. Das Konstruieren der Außenwände wird durch den Fangpunkt erleichtert, da dieser Verbindungen mit
anderen Wänden oder Ecken aufzeigt. Die gezeichneten Wände können an die
Geschossdecke gesperrt werden, damit bei späteren Änderungen der
Geschossdecke diese automatisch mit verändert werden und nicht aufwendig einzeln
verschoben werden müssen.
Abbildung 9: Wand an Geschossdecke sperren
Revit Structure bietet zusätzlich zu den oben erwähnten Einstellungsmöglichkeiten
noch die Option Wände mit mehreren Schichten zu erstellen. Jeder Schicht kann ein
Material, eine Funktion und eine Stärke zugewiesen werden, womit der exakte
Wandaufbau genau dargestellt werden kann. Da keine Informationen über den
Aufbau und die Materialien der Wände zur Verfügung stehen, wird darauf verzichtet und die Wände werden einschichtig konstruiert.
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Abbildung 10: Wandaufbau
2.2.5 Treppen
In dem Programm Autodesk Revit Structure besteht die Möglichkeit CAD Dateien zu
importieren. Daher können die zahlreichen Treppen und Rolltreppen aus den
AutoCAD Architecture Zeichnungen übernommen werden. Zuerst werden die Treppen und Rolltreppen des jeweiligen Gebäudes aus der Zeichnung kopiert und in
eine neue AutoCAD Architecture Zeichnung eingefügt. Die neue Zeichnung wird
unter Treppen.dwg gespeichert und kann in Autodesk Revit Structure 2012 unter
Einfügen -> CAD Importieren ausgewählt und geöffnet werden. Da mehrere
Rolltreppen und Treppen in einer CAD Zeichnung gespeichert wurden, werden diese
als ein Objekt in Revit Structure dargestellt. Somit können die Treppen zwar als
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Gesamtes in die richtige Ebene und an die richtige Stelle geschoben, aber nicht einzeln bearbeitet werden.
Abbildung 11: Rolltreppen
Dies wird deutlich, wenn man versucht eine einzelne Treppe anzuklicken. Wie in dem
Bild oben zu sehen, werden alle Treppen markiert und man gelangt in die Bearbeitungsfunktion Ändern. Hier bietet Revit Structure mit der Option
Importexemplar die Möglichkeit Auflösen -> Teilweise Auslösen. Diese bewirkt, dass
die Treppen und Rolltreppen nicht mehr ein Objekt sind sondern einzeln bearbeitet
werden können. Auch Treppen und Geländer sind nun getrennt voneinander
veränderbar. Diese Funktion hat diese Arbeit sehr erleichtert, da es ziemlich
aufwendig gewesen wäre, jede Treppe und jedes Geländer einzeln zu konstruieren.
(3)
Genauso wird die Rampe, die links vor dem Haupteingang in ein Parkhaus hinab
führt, eingefügt. Ansonsten hätte die Rampe als Entwurfskörper modelliert werden
müssen. Dieses Vorgehen wird in den Kapitel 2.2.6 U-Bahnröhren/Familie
erstellen/Entwurfsköper genauer behandelt.
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Abbildung 12: Rampe in AutoCAD Architecture 2011
Die Gleise der U-Bahnlinien werden ebenso durch die Importfunktion hinzugefügt
und an der richtigen Stelle platziert.
2.2.6 U-Bahnröhren/Familie erstellen/Entwurfskörper
Die U-Bahnröhren der U1, U2, U4 und U5 werden in einen anderen
Bearbeitungsmodus unter Menübrowser Neu -> Entwurfskörper -> M_Körper erstellt. Dies ist ein spezieller Familieneditor, in dem bereits horizontale und vertikale
Referenzebenen vordefiniert sind, um Köpermodelle zu modellieren. Um in diesem
Modus zu zeichnen, ist es nötig zuerst die Einheiten zu verändern. Dies funktioniert
unter Verwalten->Projekteinheiten->Format Meter und Zentimeter. Für die meisten
Körper sind mehrere Referenzebenen notwendig, diese können je nach Bedarf unter
der Registerkarte Ändern kopiert werden. Für die Modellierung der Röhre benötigt
man mehrere vertikale Ebenen, um die Biegungen und Höhenunterschiede im
Tunnelverlauf darzustellen. Auf diese Ebenen wird jeweils das Rohrprofil im Tunnelverlauf gezeichnet. Vereinfachend ist es, das Profil nur einmal zu zeichnen
und die Ebene einschließlich des Profils zu kopieren. Später können die einzelnen
Profile dann auf ihrer Ebene per Drag and Drop an ihre richtige Position verschoben
werden.
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Abbildung 13: Rohrprofil
Daraufhin werden die inneren Begrenzungen jeder vertikalen Ebene markiert und auf Form Erstellen->Abzugskörper erstellt, da der Tunnel innen hohl sein muss. Um den
kompletten Tunnel zu erstellen werden die äußeren Profile ausgewählt und unter
Form Erstellen -> Volumenkörper fertiggestellt. Wenn der Körper erstellt ist, kann er
in das Projekt geladen werden, indem in der Multifunktionsleiste auf In Projekt laden
gegangen wird. Nun steht zu Auswahl, ob der Körper auf einer Fläche oder einer
Arbeitsebene platziert werden soll. Die Tunnelrohre sollen auf einer Ebene im Projekt
liegen. Diese kann beliebig eingestellt werden. Für die Platzierung wird die 3D
Ansicht geöffnet, in der die Rohre erscheinen und durch einen Mausklick positioniert wird.
Abbildung 14: U-Bahn Tunnel
Grundsätzlich gibt es noch eine zweite Variante, Körper zu erstellen. In der
Registerkarte Architektur & Grundstück->Projektkörper wird der Skizziermodus in
18
der 3D Absicht geöffnet. Nun kann ein beliebiger Körper gezeichnet und wie oben beschrieben in das Projekt geladen werden.
2.2.7 Verknüpfungen der Stockwerke und Gebäude
Wie oben schon erwähnt, wird das Modell nicht als ein Projekt modelliert, sondern in Geschosse und Gebäude aufgeteilt. Dies hat den Vorteil, dass die einzelnen Projekte
nicht allzu groß werden, was Voraussetzung für das weitere schnelle und effiziente
Arbeiten mit Revit Structure ist.
Es wird mit der Eingangshalle des Münchner Hauptbahnhofs, welche als Projekt abgespeichert wurde, begonnen. Daraufhin werden die vier Geschosse, die unter
dem Bahnhofplatz liegen, einzeln modelliert und jeweils als Projekte abgespeichert.
Um nun eine Verknüpfung zwischen den einzelnen Projekten herzustellen, muss ein
Projekt geöffnet werden. Hierfür wird die Eingangshalle gewählt. Unter Einfügen-
>Revit Verknüpfungen kann nun ein zweites Projekt, beispielsweise das
Untergeschoss U1 des Bahnhofplatzes geöffnet werden. Mit dem Befehl Verschieben
wird das verknüpfte Projekt richtig platziert und im Projektbrowser unter
Verknüpfungen gespeichert. Das eingefügte Gebäude kann in diesem Projekt nicht bearbeitet und verändert werden, da es nur verknüpft ist. Das Untergeschoss U1
kann somit ausschließlich in dem Ursprungsprojekt bearbeitet werden und muss
wieder neu in das Projekt Eingangshalle geladen werden.
Es ist aber auch möglich, das Projekt Untergeschoss U1 direkt in das Projekt Eingangshalle einzubinden, indem man die Verknüpfung markiert und unter Ändern-
>Binden/Verknüpfen die Gebäude verbindet. In den Bindungsverknüpfungsoptionen
ist es wichtig, dass bei dem Feld Ebenen kein Haken gesetzt ist, da in dem Projekt
Eingangshalle bereits definierte Ebenen vorhanden sind und sich diese mit den
anderen Ebenen überlagern würden. Dies vergrößert allerdings die Projektgröße, da
nun auch alle Elemente des verknüpften Projekts bearbeitet werden können.
Aufgrund der Projektgröße, wird in diesem Modell die erste Variante angewendet.
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Abbildung 15: Verknüpfungen
In diesem Teil der Modellierung sind Probleme aufgetreten. Da die Geschosse
jeweils einzeln gezeichnet wurden, sind einige Unstimmigkeiten und
Ungenauigkeiten aufgetreten. Dies wurde bemerkt, als die Geschosse miteinander
verknüpft waren. Die Stockwerke haben zum Teil nicht exakt aufeinander gepasst,
was man im verknüpften Gesamtmodell sofort gesehen hat. Daher mussten
nochmals Ausbesserungen vorgenommen werden.
2.2.8 Bauteilimport
In Revit Structure ist es möglich beispielsweise einen Raum so einzurichten wie er in
der Realität aussieht oder aussehen soll. Um den U-Bahnhof möglichst wirklichkeitsgetreu darzustellen, benötigt man einige Details, wie zum Beispiel
Sitzbänke. Revit stellt dafür eine Materialbibliothek zur Verfügung, aus der
verschiedenste Dinge in das Projekt importiert werden können. Für die am häufigsten
benötigten Objekte, wie Fenster, Türen, Treppen und Geländer, gibt es in dem
Werkzeugkasten eigene Felder. Unter Start->Architektur & Grundstück->Fenster
kann man sich das benötigte Fenster unter Familie laden aus der Metric Library
aussuchen und in das Projekt platzieren. Andere Objekte fügt man unter Start-
>Bauteil->Bauteil platzieren->Familie laden ein. Aus der Metric Library werden beispielsweise 3D Menschen, Süßigkeiten- und Getränkeautomaten verwendet.
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Diese Objekte hauchen dem Modell Leben ein und geben eine Vorstellung, wie es einmal aussehen soll oder sie erleichtern es, bestehende Gebäude
wiederzuerkennen.
Abbildung 16: Bahnsteig
Zusätzlich gibt es noch die Möglichkeit spezielle Objekte, die nicht in der
Materialbibliothek vorhanden sind, von diversen Internetseiten wie beispielsweise
„AutodeskSeek“ oder „RevitCity“ kostenlos zu laden und in das Gebäude einzufügen.
Für die Gestaltung des Bahnsteigs U1 und U2 werden beispielsweise die Telefonzelle aus der Objektliste von „AutodeskSeek“ eingefügt.
Da Revit Structure eigentlich nicht auf den Ausbau von Gebäude ausgelegt ist,
können zum Beispiel keine abgehängten Decken eingefügt werden. Diese sind
allerdings notwendig um die Beleuchtung zu platzieren. Die Bahnsteige der U-Bahnen liegen unterirdisch, daher ist ein Rendering mit Sonnenlicht nicht möglich,
aber Lichtquellen sind erforderlich. Es gibt zwei Möglichkeiten Beleuchtung
einzubauen: entweder man öffnet das Projekt in Revit Architecture und entwirft dort
die Beleuchtung, oder man erstellt eine Familie. In der Familie wird ein
Extrusionskörper oder ein Abzugskörper gezeichnet und mit einer Lichtquelle
versehen. Der gezeichnete Körper kann daraufhin in das Projekt geladen und an der
Decke platziert werden. In diesem Modell wird die zweite Möglichkeit angewendet, da
diese wie die Tunnelmodellierung funktioniert und nicht neu erlernt werden muss.
Abbildung 17: Lampe
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3 Visualisierung
In diesem Kapitel wird die Erstellung der Präsentation des Modells durch Bilder und
Videos beschrieben. Die Visualisierung wurde direkt in Revit Structure 2012
angefertigt, da dieses Programm die Möglichkeit einer Kamera und eines
Walkthrough bietet.
3.1 Rendering mit Revit Structure 2012
Der Begriff Rendern kommt aus dem Englischen und bedeutet, dass aus einem
zuvor konstruierten 3D Bauwerksmodel, das mit Materialieneigenschaften und
Texturen versehen wurde, ein fotorealistischen 3D Modell entsteht. Der Unterschied zwischen den realistischen Bildstil und dem gerenderten Bild wird durch folgende
Abbildung deutlich. (5)
Abbildung 18: Unterschied: Rendering und Realistischer Bildstil
Die Rendering Materialien der Bauteile können unter den Materialeigenschaften in der Registerkarte Render-Darstellungen aus vielen vorgefertigten Materialien
ausgewählt und anschließend wie gewünscht verändert werden.
In Revit Structure 2012 gibt es zudem die Option einer Sonnenbahn. Hierbei kann
die Einstrahlung der Sonne auf einer Bahn simuliert und verschoben werden, wobei
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sich auch die Schatten mit drehen. Diese Option wird bei diesem Modell nicht genutzt, da die modellierten Geschosse unterirdisch sind und ausschließlich durch
Lampen beleuchtet werden. Auf weitere Rendering Einstellungen wird im Kapitel
5.1.1 eingegangen.
3.1.1 Kamera
Es besteht die Möglichkeit Kameras im Projekt zu platzieren, woraufhin sich ein
neues Ansichtsfenster öffnet, indem das entstandene Bild mit Hilfe eines
Navigationsrandes eingerichtet werden kann. Im Folgenden wird auf die Render-
Einstellungen, das Rendering und die dabei aufgetretenen Probleme eingegangen.
Es gibt verschiedene Einstellungsmöglichkeiten bezüglich der Qualität des
Rendering. Revit bietet eine Auswahl von der Entwurfs- bis zu der höchstmöglichen
Qualität. Dabei ist zu beachten, dass es für einen ersten Eindruck des Rendering
eine niedrige Qualität ausreicht, da bessere Rendering mit einer langen Rechenzeit verbunden sind und diese erst für das endgültige Rendern des Bildes benötigt
werden. Zudem gibt es verschiedene Auswahlmöglichkeiten bezüglich des
Beleuchtungsschemas zwischen Außen/Innen: nur Sonne, Außen/Innen: Sonne und
künstlich oder Außen/Innen: nur künstlich. Zuletzt, bevor das Rendering gestartet
wird, wird noch die Belichtung angepasst, wie beispielweise die Lichter, Schatten und
Sättigung. Die Belichtung ist die einzige Einstellung, die noch nach dem Rendering
Prozess verändert und angepasst werden kann. Die erstellten Bilder können im
Projekt gespeichert werden oder auch exportiert werden.
In diesem Teil der Modellierung sind Schwierigkeiten aufgetreten, auf die nun
genauer eingegangen wird. Die erste Problematik betrifft die zuvor erstellten
Verknüpfungen. Um Objekte anzuzeigen, die während der Modellierung in das
verknüpfte Projekt importiert, oder als Familie geladen wurden, wird in den Gesamtprojekt unter Sichtbarkeit/Grafiken->RVT-Verknüpfungen->Grundfunktionen-
>nach verknüpfter Ansicht gewählt. Daraufhin wurden auch beispielsweise die Gleise
und Menschen sichtbar. Diese Einstellungen müssen auch in dem neuen Render
Ansichtsfenster gemacht werden. Dies ist aber nicht möglich, da die Kategorie Nach
verknüpfter Ansicht hier nicht zur Verfügung stand. Auch mit Hilfe des Revitforum
und der Hilfefunktion konnte dieses Problem nicht gelöst werden, daher gab es nur
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die Möglichkeit die Verknüpfungen aufzulösen. Dadurch vergrößerte sich das Gesamtprojekt enorm, aber die geladenen Familien waren nun auch im Rendering zu
sehen.
Die zweite Problematik stellt die eingebaute Beleuchtung dar. Wie zuvor schon
erwähnt, ist Revit Stucture nicht auf den Ausbau von Gebäuden ausgelegt, sondern auf die Konstruktion von Tragwerken, sodass die Beleuchtung über Umwege erstellt
werden musste. Während des Renderings stellt sich heraus, dass die Lichtquellen
nicht angeschaltet sind oder nicht funktionieren. Für dieses Problem wurde ebenfalls
keine Lösung gefunden.
Das letzte Problem ist die Zeit, die der Computer für das Rendering benötigt.
Aufgrund der Größe meines Gebäudes benötigte der Rechner schon bei niedrigen
Qualitätseinstellungen zum Teil fast eine Stunde für das Rendering eines Bildes.
Abbildung 19: Bahnsteig U1/U2
3.1.2 Walkthrough
Ein Walkthrough ist eine Kamerafahrt entlang eines selbst gewählten Pfades. Für den Münchner Hauptbahnhof wurden mehrere Videos erstellt, die visuelle
Rundgänge durch das Gebäude zeigen. Zudem wurde noch ein Film aus Sicht des
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U-Bahnfahrers entworfen. Im Folgenden wird näher auf die Erstellung des Walkthroughs eingegangen.
Für die Bearbeitung des Walkthroughs sollte die 3D Ansicht geöffnet sein, da in
dieser der Pfad der Kamera festgelegt wird. Die Linie, der die Kamera folgt, besteht
aus mehreren Schlüsselbildern, anhand derer später noch die Kamerasicht im Detail eingestellt werden kann. Hierzu gehören die Ebene, auf der die Kamera positioniert
werden soll und deren Versatz zum Boden. Nach Fertigstellung des Pfades kann
dieser immer wieder weiterbearbeitet werden, dafür wurde im Projektbrowser unter
Walkthrough eine neue Ansicht geladen. Diese Ansicht zeigt das Kamerabild der
Schlüsselbilder. Für die weiteren Einstellungen der Bilder sollte man die
Walkthrough- und die 3D-Ansicht nebeneinander platzieren, um leichter arbeiten zu
können.
Abbildung 20: Ansichten zur Erstellung des Walkthrough
Die blaue Linie entspricht der Route und die roten Punkte stellen die Schlüsselbilder
dar. In jedem Schüsselbild können Größe, Höhe und Richtung des Ansichtsbereiches
angepasst werden und im Ansichtsbild des Walkthroughs können die Veränderungen
gesehen werden. Revit bietet zudem die Möglichkeit, die Geschwindigkeit des Rundgangs zu verändern. Diese kann gleichmäßig eingestellt oder an verschiedenen
Stellen beschleunigt oder verlangsamt werden.
25
Zuletzt wird der fertiggestellte Walkthrough in ein Video umgewandelt. Dafür können noch einige Einstellungen getroffen werden, wie beispielsweise der Bildstil. Hier ist
es möglich, den gesamten Film als Rendering zu erstellen. Damit erhält man einen
hochwertigen und realistischen Rundgang. Um ein solches Video anzufertigen
benötigt der Computer eine lange Rechenzeit, da jedes Bild des Videos einzeln
gerendert werden muss. (6)
Das Problem bei der Erstellung der Walkthroughs ist die von Computer benötigte
Rechenzeit. Für das Video wird jedes der 300 Bilder einzeln gerendert und dies
dauert mehrere Stunden oder Tage. Um einen Walkthrough mit hoher Auflösung in
angemessener Zeit anzufertigen werden eine entsprechende Hardware oder
mehrere Revit-Systeme, auf denen jeweils ein Teil der Bilder des Rundgangs
gerendert werden können, benötigt.
3.2 Rendering mit Artlantis Studio 2
Zur Behebung dieser Schwierigkeiten wird zur Darstellung des Modells eine externe
Rendering Software verwendet. Aufgrund der guten Verknüpfung zwischen Revit und
dem Rendering-Programm Artlantis Studio 4 wird diese Software benutzt. Durch
einen Plug-In kann das Projekt als Arlantis-Datei (.atl) abgespeichert werden und daraufhin in diesem Programm geöffnet und bearbeitet werden kann.
Mehr als 85.000 Architekten, Designer, Bühnenbildner, Raumplaner,
Innenarchitekten, Stadtplaner, Landschaftsarchitekten ... aus 80 Ländern haben
Artlantis als Rendering-Software gewählt. Schnell, einfach, intuitiv und produktiv ...
Jedem sein Artlantis: Render für die Produktion von fotorealistischen Bildern und
Studio zusätzlich zum Erstellen von virtuellen Besichtigungstouren mit iVisit 3D
Panorama, von VR-Objekten und von Animationen.5
5 Vgl.: (22)
26
3.2.1 Kamerabilder und Walkthrough
In Artlantis können sowohl einzelne Bilder, als auch ein kompletter Film erstellt werden. Im Folgenden wird dies näher erläutert.
Die Website von Artlantis bietet einige Tutorial anhand deren die Arbeitsweise mit
dem Programm schnell erlernt werden kann.
Artlantis stellt das Modell auch während der Bearbeitung photorealistisch dar, dies
bedeutet, dass jedes gerade sichtbare Bild gerendert wird. Solange die Ansicht
verschoben oder bewegt wird, wird sieht man das Gebäude im realistischen Modus.
Die zuvor in Revit eingefügten Objekte werden nicht alle gerendert dargestellt,
allerdings bietet Artlantis auch einen Katalog an aus dem Objekte eingefügt werden
können. Somit wurden nachträglich die Beleuchtung der Bahnsteige und einige
andere Objekte wie Menschen und Bänke eingebaut, um das Modell realistischer
darzustellen. Auch das Aussehen der Materialien kann nun noch einmal wie
gewünscht angepasst werden.
Zudem gibt es in Artlantis einige Einstellungsmöglichkeiten für das Rendering. Es
kann beispielweise jede einzelne Lampe nach Helligkeit, Schatten und Richtung
verändert werden. Auch können zum Beispiel die Sonnenintensität und der
Hintergrund angepasst werden. Es besteht zusätzlich eine Auswahl für die Auflösung der Bilder und Videos.
Kamerabilder werden in Artlantis ähnlich wie in Revit erzeugt. Das Motiv des
Gebäudes wird mit Hilfe der Navigationstools positioniert und ein gerendertes Bild
erstellt. Für den Walkthrough wird ebenfalls ein Pfad mit Schlüsselbildern, auf dem die Kamera entlangfährt, angefertigt.
In Artlantis wurden drei Videos erzeugt. Zwei zeigen die Fahrt durch den Bahnhof
aus Sicht des U-Bahnfahrers und eines präsentiert einen Rundgang über den
Bahnsteig der Linie U1/U2 zu dem Bahnsteig der U4/U5.
Die Bilder und Walkthroughs sehen um einiges besser aus als die zuvor in Revit
Erstellten, wie folgendes Bild zeigt. Die Berechnungsdauer ist auch hier hoch
geblieben, allerdings konnte das Rendering in besserer Qualität erstellt werden.
27
28
4 Building Information Modeling
4.1 Geschichte
Früher mussten die Architekten und Ingenieure ihre Pläne noch aufwendig von Hand zeichnen, dies änderte sich in den 1960er Jahren als computergestütztes
Konstruieren CAD (computer aided design) erfunden wurde. Bis vor wenigen Jahren
konnte man diese hauptsächlich zum Erstellen von Zeichnungen und Entwürfen in
2D nutzen. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung und Verbesserung der
Computerhardware bezüglich der Grafikkarte wurde es möglich, die Idee der
geometrischen Modellierung umzusetzen. In diesen dreidimensionalen Körpern
können nun sowohl geometrische und semantische Daten, als auch Daten zu
aktuellen Nutzung gespeichert werden. Dies bringt einige Vorteile, einerseits schnelleres und saubereres Zeichnen von Plänen, einfaches Ausbessern von
Fehlern und höhere Genauigkeit, andererseits wird der Austausch der Pläne deutlich
erleichtert und beschleunigt. Dadurch ist das Modellieren mit CAD Programmen
effizienter geworden, als das Zeichnen per Hand. (7) (8)
In den letzten Jahren kam eine neue Art von Entwurfsprogrammen auf den Markt, die
auf dem sogenannten Building Information Model (BIM) beruhen. Einige dieser BIM-
Applikationen sind zum Beispiel Autidesk Revit, ArchiCAD, Autodesk Architecture,
Nemetschek Allplan und Digital Project von Gehry Technologies.
4.2 Begriffsklärung und Vorteile
Die Abkürzung BIM steht für Building Information Modelling oder Building Information
Model, was im Deutschen für ein Gebäudedatenmodell steht. Das Building
Information Model stellt ein digitales Abbild eines existierenden, oder in Planung
befindlichen Bauwerks dar. Unter Building Information Modelling versteht man den
Vorgang der Erschaffung eines digitalen Bauwerksmodells oder die Verwendung des
digitalen Modells über den gesamten Lebenszyklus.6 BIM7 bezeichnet eine
6 Vgl.: (10) 7 [Eastman, Charles M. BIM Handbook. Hoboken, NJ : Wiley, 2011]
29
Arbeitsweise der Planung, Ausführung und Verwaltung von Gebäuden mit Computerprogrammen wie zum Beispiel Autodesk Revit.
Die BIM Programme sind ein wesentlicher Fortschritt gegenüber der üblichen CAD
Software, da diese es ermöglichen, Modelle mit jeglichen Informationen darzustellen.
Ein Bauteil, das in einem CAD Computerprogramm modelliert wird, wird als dreidimensionaler Volumenkörper gespeichert und besitzt somit nur geometrische
Informationen. Anders ist dies bei der BIM Software, hier wird ein Bauelement,
beispielsweise eine Wand, nicht nur als geometrisches Element typisiert. Zusätzlich
werden semantische Informationen zu Material und Funktion, sowie topologische
Beziehungen zu anderen Bauelementen wie zum Beispiel zu einem Fenster
zugeordnet. Das bedeutet, dass die Semantik mit eingebracht wird und das
Programm die Wand in allen Plänen als Wand darstellt, was sehr wichtig ist, um DIN-
gerechte Pläne zu erhalten. (7) (9)
Architekten und Ingenieure können mit BIM-fähigen Softwaretools intelligentere
Modelle erstellen und diese einfacher verändern, da Zeichnungen nur umgewandelt
und nicht komplett neu gezeichnet werden müssen. Hinzu kommt, dass die Software
dem Ingenieur dabei behilflich ist eventuelle Fehler zu erkennen und Korrekturen vorzunehmen, indem entsprechende Warnhinweise anzeigt werden. Zudem ist es
möglich aus den dreidimensional modellierten Gebäuden zweidimensionale Pläne
und Schnitte abzuleiten. Das ist ein großer Vorteil, da die Zeichnungen nicht mehr
extra angefertigt werden müssen, sondern einfach erstellt werden. Die Pläne sind
somit konsistent und normgerecht. (7)
30
Abbildung 21: Ansichten
Aufgrund dieser Visualisierungsmöglichkeiten können Fehler leichter erkannt und
behoben werden. Zudem muss sich der Bauherr das Gebäude nicht anhand von 2D
Plänen vorstellen, sondern kann in der 3D Darstellung sofort das geplante Projekt
betrachten und seine Wünsche besser einbringen.
Die BIM Applications beinhalten einen vorgefertigten Katalog von Bauteilen wie
Türen, Treppen, Wände, etc. Die Objekte enthalten nicht nur alle Informationen,
sondern weisen auch Beziehungen auf, die den Modelliervorgang beschleunigen, da
nicht mehr erst eine Wand erstellt, dann eine Wandöffnung und schließlich eine Tür
eingesetzt werden muss, sondern die Wand eine Beziehung zu dem Objekt Tür besitzt und die Tür einfach eingebaut werden kann.
Das Bauwerk, das nun aus einzelnen Bauteilobjekten modelliert wird und die
Informationen der Objekte gespeichert hat, eignet sich sehr gut als Simulations- und
Analysewerkzeug und zu Berechnungen. Typische Anwendungen sind die Modellprüfung, baustatische Berechnungen und die Bauablaufsimulation. Bei der
Modellprüfung wird getestet, ob das Modell den Normen und Konsistenzregeln
entspricht. Für die Bauablaufsimulation wird der Bauzeitenplan mit dem BIM
verknüpft, wodurch mögliche zeitliche Engpässe früh erkannt und behoben werden
31
können. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einige Analysen durchzuführen wie beispielsweise die Wärmebedarfsberechnung oder die Tageslichtanalyse. (10)
Des Weiteren bieten neueste Produkte wie zum Beispiel AutoCAD Architecture 2012
die Möglichkeit der Parametrischen Modellierung, die das Erstellen und Ändern eines
digitalen Bauwerksmodells erleichtern. Darunter versteht man eine Änderung der Bauteilattribute wie Länge oder Ausrichtung und das Erkennen von Abhängigkeiten
(zum Beispiel bleiben Bauteile parallel zueinander). (7)
Weiterhin können die modernsten Programme Mengenlisten erstellen, beispielsweise
eine Liste aller Wände oder Fenster. Dies erspart dem Planer die Arbeit für die Mengenermittlung und hilft bei der Kalkulation der Materialkosten.
Abbildung 22: Bauteilliste
Ein weiterer Vorteil ist, dass Pläne an alle im jeweiligen Projekt beteiligten Ingenieure
und Architekten weitergeleitet und direkt zu Verfügung gestellt werden können. Somit
kann schon in den ersten Planungsschritten zusammenarbeiten werden. Dadurch
32
besteht die Möglichkeit, Fehler früh zuerkennen, den Planungsaufwand zu verkürzen und Kosten zu reduzieren.
Abbildung 23: Verkürzte Planungszeit durch BIM-Software8
4.3 IFC
Bei der Planung von Bauprojekten spielt der Informationsaustausch eine
entscheidende Rolle. Es ist wichtig, dass die Pläne unter den Planern und den
verschiedenen Unternehmern ausgetauscht werden können, was bisher sehr
aufwendig war, da jeder Beteiligte Änderungen erneut in sein eigenes Programm
eingeben musste. Die Software war nicht darauf ausgelegt Daten der Programme
anderer Hersteller zu übernehmen. Die Produkte der verschiedenen Entwickler sind unterschiedlich aufgebaut, programmiert und strukturiert. Der digitale
Datenaustausch hat dies revolutioniert. Vorerst war es möglich die Dateien zwischen
Programmen zweier Hersteller auszutauschen, allerdings gestaltete sich dies
aufgrund der steigenden Anzahl von Programmen als immer schwieriger. Es war
ausschließlich möglich, die Geometrie von Bauteilen ohne deren Semantik zu
verschicken.
8 [Eastman, Charles M. BIM Handbook. Hoboken, NJ : Wiley, 2011, Seite 315]
33
Um diese Problematik einzugrenzen wurde BuildingSMART gegründet, die früher unter dem Namen Internationale Allianz für Interoperabilität (IAI) bekannt war. Diese
Organisation hat es sich zur Aufgabe gemacht, einen gemeinsamen Standard zur
Beschreibung von Bauwerksmodellen und damit ein herstellerunabhängiges
Datenformat, zu schaffen9. Diese Objektsprache ist unter dem Namen Industry
Foundation Classes (IFC) bekannt und beinhaltet die Gebäudestruktur, deren
Eigenschaften und Geometrie. Die Industry Foundation Classes unterstützt den
Datenaustausch in der AEC Industrie (Architecture, Engineering and Construction
Industrie) und im Facility Management. Das Modell wird in eine IFC Datei (Endung .ifc) umgewandelt und kann damit in anderen BIM-Programmen ohne
Informationsverlust geöffnet werden. Mittlerweile sind mehr als 600 Unternehmen
damit beschäftigt diese Standards ständig weiterzuentwickeln, um den Prozess der
Planung, Ausführung und Verwaltung von Gebäuden zu beschleunigen und zu
vereinfachen (8) (11) (12)
4.4 Zukunft von Building Information Modeling
Die Anforderungen der Nutzer an bessere, schnellere, günstigere und effizientere Software werden immer höher und moderne Projekte in Verbindung mit der
Technologie verändern die Branche ständig.
Die Erweiterungen und Erneuerungen führen fortwährend zu Verbesserungen,
sodass sich das Baugewerbe auf den neuesten Stand der Technik einstellen muss.
Es gibt eine Vielzahl verschiedener Software, die meist jährlich eine neue Version
herausbringen, um auf dem Markt bestehen zu können. Es ist daher schwer
vorherzusagen, ob sich neue Produkte im Planungs- und Ausführungsprozess
durchsetzen werden. Aktuell ist jedoch zu beobachten, dass es eine Entwicklung von CAD- zu BIM Programmen gibt.
9 Vgl.: (7)
34
Dadurch nehmen BIM Programme immer weiter an Bedeutung zu, sodass sich Firmen immer mehr darauf einstellen, denn wie zuvor beschrieben bieten die BIM
Programme viele Vorteile. Es gibt aber auch einige Nachteile, wie oben im Kapitel
IFC schon behandelt, stellt die mangelnde Interoperabilität der Programme
verschiedener Hersteller, ein großes Problem dar. Allerdings wird daran gearbeitet
und die Entwickler legen Wert darauf, dass die Austauschformate vereinheitlicht
werden. Außerdem müssen Firmen entscheiden, ob es sich finanziell und zeitlich
lohnt diese Software zu verwenden, da es notwendig ist, die Mitarbeiter in
Seminaren zu schulen und eine gewisse Einarbeitungszeit benötigt wird. Die Vorteile überwiegen eindeutig und von daher zahlt sich dieser Aufwand bei BIM-Programmen
für Firmen aus. Zurzeit deutlich zu beobachten ist, dass die Building Information
Modeling Software als eine standardisierte Modellierungstechnik in der Baubranche
akzeptiert wird und diese in der HOAI-Vereinbarung als Leistung verankert wird. Dies
bestätigt das folgende Zitat:
„New skills and roles are developing. Almost universally positive return on investment
values have been reported by both design firms and construction contractors, with
those actively measuring return on investment reporting that it exceeded their initial
estimates. A survey conducted in early 2007 found that 28 percent of the U.S AEC
industry was using BIM tools; that number had grown to 49 percent by 2009.“10
In den nächsten 5 Jahren ist weiteres Wachstum und dadurch eine Veränderung in
der gesamten Bauindustrie zu erwarten.
Eine wichtige neue Entwicklung der BIM Programme ist die 4D Darstellung der
Gebäude, wobei der zeitliche Aspekt (Bauablaufplan) mit eingebracht wird. Auch wird
die Einführung einer fünften Dimension in Betracht gezogen, die die Lieferkette
(Baulogistikplan) beinhaltet und damit zum richtigen Zeitpunkt Produkte von selbst
bestellt. Dies wird beispielsweise von der Firma 1ST Pricing umgesetzt. Das
Unternehmen verwendet hauptsächlich Baustoffe der Firmen aus der Region. Wenn
alle benötigen Produkte in der Liste aufgeführt sind, dauert die Materialbestellung nur
eine Sekunde, was große Zeit- und Kostenersparnisse mit sich bringt. (13)
10 Vgl. (12), S351
35
5 Markübersicht und Autodesk Revit Structure 2011
In diesem Kapitel soll deutlich gemacht werden, warum der Münchner Hauptbahnhof
mit Autodesk Revit Structure 2011 modelliert wurde und welche Vorteile
ausschlaggebend für diese Wahl waren. Hierbei wird auf die verschiedenen
Programme der Firma Autodesk eingegangen.
Das Unternehmen Autodesk wurde 1982 von John Walker gegründet und ist zu dem
größten Simulationssoftwarehersteller der Welt avanciert. Über 10 Millionen Nutzer
bedienen sich an einem großen Programmspektrum aus 2D und 3D Software, die
nicht nur für Architekten und Ingenieure, sondern auch von Designern und Digital
Artists im täglichen Berufsleben verwendet werden. Weiterhin bietet Autodesk über
80 Produkte für Spezialgebiete in Gebäudetechnik, Hoch- und Tiefbau, Mechanik
und Maschinenbau, Transportwesen, Medien wie Film, Fernsehen und Videospiele,
sowie Versorgung und Telekommunikation. (14)
Jedes Jahr erscheinen neu überarbeitete Versionen der einzelnen Programme, die
mit Hilfe hoher Investitionen in Forschung und Entwicklung finanziert werden.
5.1 AutoCAD Architecture
AutoCAD Architecture wird von Architekten und Planern zur Erstellung von
Zeichnungen verwendet. Das Programm wurde zur Erstellung von 2D Zeichnungen
entwickelt und bis heute soweit verbessert, dass es nun möglich ist 3D Modelle zu
entwerfen. AutoCAD benutzt die Dateiformate dwg. und dxf. zum Speichern der
Projekte. Diese Formate können mittlerweile von den meisten anderen Programmen importiert werden. Jedes Jahr wird das Programm erneuert und bleibt damit das
branchenführende Zeichenprogramm für Architekten. Es gewährleistet mehr
Produktivität bei der Projektplanung und ermöglicht eine gute Zusammenarbeit
zwischen den einzelnen Planungsbeteiligten. Die wichtigsten Funktionen der
Software sind, wie schon als Vorteile im vorherigen Kapitel erwähnt, dass ohne
erneute Zeichnung aus dem Grundriss, Schnitte und Ansichten geöffnet und
Änderungen sofort in alle Ansichten übernommen werden können. Dadurch werden
36
Fehler durch Änderungen vermieden und man benötigt deutlich weniger Zeit. Zudem kann das Gebäude visuell dargestellt werden und es werden automatisch
Bauteillisten erstellt und verändert. In der neuesten Version von 2012 gibt es einige
neue Funktionen und Leistungsverbesserungen. Das Programm öffnet nun
Zeichnungen schneller und auch die Navigation wurde optimiert. Neue Funktionen
oder Verbesserungen sind außerdem die Unterstützung für Punktwolken, Werkzeuge
für Eckfenster, Stützenraster Erweiterungen, Produktivitätsverbesserungen und 3D-
Planungswerkzeuge. Es wurde eine neue Suchfunktion eingerichtet mit der man im
Internet zum Beispiel auf der Seite Autodesk Seek nach Bauteilen oder Dateien suchen kann. Die Projekte können zudem als IFC Dateien abgespeichert und somit
von anderen Planern geöffnet werden. (15)
An der Technischen Universität München erlernen die Studenten das Arbeiten mit
dem Programm anhand von Tutorien und jeder Student hat die Möglichkeit sich eine Studentenversion des Programmes kostenlos auf der Internetseite von Autodesk
herunterzuladen.
5.2 Autodesk Revit
Revit ist ein weiteres Produkt von Autodesk und unterscheidet sich wesentlich von AutoCAD, da es das Building Information Modeling unterstützt. Außerdem wurde
Revit nicht von Autodesk entwickelt, sondern wurde 2002 übernommen, daher
unterscheidet sich die Programmierung von AutoCAD. Alle Produkte, die auf
AutoCAD Programmierung basieren, tragen AutoCAD in ihrem Produktnamen. Die
Software, die auf Revit aufbaut hingegen, wird nach diesem benannt.
Allerdings ist es möglich die AutoCAD Dateiformate dwg. in Revit Programme zu
laden. Im Jahre 2005 kam Revit Structure auf den Markt und seitdem wurden, wie bei
allen Autodesk Programmen, jährlich neue Versionen entwickelt.
Revit besteht aus Revit Architecture für Gebäudeplanung, Revit Structure für die
Tragwerksplanung und Revit MEP für die Gebäudetechnik. Im Folgenden werde ich
näher auf Revit Architecture und Revit Structure eingehen. (16)
37
5.2.1 Autodesk Revit Architecture 2012
Bei Autodesk Revit Architecture 2012 handelt es sich um eine Building Information
Modeling Software, die speziell für die Arbeit eines Architekten einwickelt wurde. Das
Programm eignet sich für alle Phasen des Bauprozesses von der Planung bis zur
Gebäudenutzung. Die Software weist alle Eigenschaften der BIM-Programme auf,
die im Kapitel 2 beschrieben wurden, wie zum Beispiel die parametrische
Gebäudemodellierung, die Möglichkeit des gleichzeitigen Arbeitens in mehreren
Ansichten und die Übernahme von Änderungen in das gesamte Modell. Für das Bauen im Bestand ist es wichtig, die Funktion Bauteile verschiedenen Phasen
zuzuordnen und damit die Veränderungen in Bestands- und Umbauplänen zu
speichern. Ein weiteres wichtiges Werkzeug ist die Energieverbrauchsanalyse. Mit
dieser können Gebäude auf ihre Nachhaltigkeit geprüft, interpretiert und verbessert
werden. Um genauere Analysen durchzuführen, können die Daten problemlos mit
anderen Autodesk Produkten, wie zum Beispiel das Autodesk Green Building Studio,
überprüft werden.
Revit Architecture bietet die Möglichkeit ein integriertes Rendering zu entwerfen, es
werden aber auch externe Rendering Programme unterstützt. Beispielsweise kann
ein Plug-In für Artlantis verwendet werden.
Die Projekte können von den verschiedenen Planern aus dem Revit-Server über ein
WAN-Netzwerk geladen und bearbeitet werden und stehen daraufhin allen anderen
Nutzern in der neuesten Version zu Verfügung. (17)
5.3.2 Autodesk Revit Structure
Autodesk Revit Structure ist eine weitere BIM-Applikation, die spezielle Werkzeuge
für Ingenieure bietet. Revit Structure wurde wie Revit Architecture von Autodesk
herausgebracht. Daher sind beide Programme vom Aufbau und der Benutzerstruktur
sehr ähnlich, was zum Vorteil hat, dass die Projekte zwischen den Softwares
38
ausgetauscht werden können. Somit wird Architekten und Bauingenieuren ermöglicht, zusammen an einem Projekt arbeiten, wobei jeder, die auf seine Arbeit
zugeschnittenen Werkzeuge nutzen kann. (18)
Abbildung 24: Austausch zwischen Revit Architecture und Revit Structure11
Der Austausch wird durch die Verwendung gleicher Dateitypen erleichtern. Die
Dateitypen in Revit Structure 2011 und Revit Architecture sind:
rte-Datei: Projektvorlage
rvt-Datei: Projektdatei
rft-Datei: Familienvorlage
rfa-Datei: Familiendatei
Revit Architecture ist, wie der Name schon sagt, für Architekten entwickelt worden.
Es ist möglich, Pläne von der ersten Idee bis zum Bauprozess zu entwerfen. Die
11 [http://images.autodesk.com/adsk/files/coordination_between_revit_structure_and_revit_architecture.pdf]
39
Zeichnungen können mit allen benötigten Details ausgeschmückt werden. So ist es zum Beispiel möglich, Räume festzulegen und zu benennen, Abziehbilder
einzufügen, oder abgehängte Decken mit integrierter Beleuchtung einzubauen. Revit
Structure wird hauptsächlich von Bauingenieuren verwendet, daher sind die zuvor
beschriebenen Werkzeuge nicht nötig, da der Bauingenieur für gewöhnlich weniger
mit dem Ausbau zu tun hat. (19)
„Autodesk® Revit® Structure – für eine effektivere Tragwerksplanung. Revit
Structure koordiniert Konstruktion und Dokumentation und bietet bidirektionale
Verknüpfungen zu Statikprogrammen.“12
Ein wichtiger Punkt für die konstruktiven Tragwerksplaner ist die Möglichkeit, dass
die Pläne an berechnende Software, wie zum Beispiel SOFiSTiK, ohne weiteren
Aufwand weitergegeben und bearbeitet werden können. Revit Structure wird durch
AutoCAD Structural Detailing ergänzt. Mit diesem Programm können beispielsweise
Bewehrungspläne für das Gebäude erstellt werden. (20)
Abbildung 25: Planung mit Revit Structure13
12 Vgl.: (21) 13 [http://images.autodesk.com/emea_dach_main_germany/files/Autodesk_Loesungen_fuer_den_konstruktiven_Ingenieurbau.pdf]
40
Revit Structure ist auf den konstruktiven Hoch- und Tiefbau ausgelegt, beispielweise
wurde die Planung des Freedom Tower in New York mit dieser Software ausgeführt.
Das Programm ist vielseitig anwendbar, nicht nur können im Tiefbau beispielsweise
Tunnel oder Anlagen zur Wasserversorgung geplant werden, sondern auch die
Umsetzung von Infrastrukturprojekten, wie zum Beispiel im Brückenbau, kann durch
Revit Structure bearbeitet werden. (20)
Daher eignet sich Revit Structure besser für die Modellierung des Münchner
Hauptbahnhofs und zur Darstellung dessen Infrastruktur, als Revit Architecture. Für
die Darstellung des Gebäudes war es wichtig, die Infrastruktur zwischen den
Haltestellen aufzuzeigen. Dabei spielte der Ausbau eine untergeordnete Rolle. Es
wird somit versucht ein unterirdisches Infrastrukturmodell nach dem Prinzip der
Gebäudemodellierung zu konstruieren.
41
6 Fazit
Ich habe mich für dieses Bachelorabeitsthema entschieden, da es mir wichtig war ein
Thema zu bearbeiten, das einen praktischen Teil beinhaltet und ich es sehr
interessant finde reale Gebäude am Computer wirklichkeitstreu nachzubilden. Die
Herausforderung bestand darin, mich in ein modernes Modellierprogramm
einzuarbeiten und herauszufinden, wie neue Methoden angewendet werden.
Durch die Modellierung habe ich mich intensiv mit dem Programm Revit Structure
auseinandergesetzt und konnte meine Kenntnisse, auch in dem Bereich der BIM
Software, erweitern. Nun bin ich in der Lage, die verschiedenen Hilfs- und
Suchfunktionen effizient zu nutzen und Modellierprobleme schnell zu lösen.
Im Folgenden möchte ich mich abschließend kritisch mit Autodesk Revit Structure 2012
und meiner Arbeit auseinandersetzen.
Positiv ist meiner Meinung nach, dass die Software sehr benutzerfreundlich und
verständlich aufgebaut ist, so dass man sich diese durch Tutorien und Lektüre
eigenständig aneignen kann. Zudem bietet Revit Structure 2012 eine sehr ausführliche
Hilfefunktion.
Eine weitere Stärke des Programms ist seine umfangreiche Bibliothek. Revit stellt eine
enorme Auswahl verschiedenen Möbel, Treppen, Fenster, Türen, etc. bereit. Selbst
wenn Objekte nicht in der Bibliothek vorhanden sind, können diese aus dem Internet
meist kostenfrei heruntergeladen werden.
Noch ein Vorteil von Revit ist, dass das Rendering in das Programm integriert ist und
ohne Export von Daten in eine andere Software ausgeführt werden kann. Allerdings
musste ich auch einige negative Erfahrungen mit den Rendering Funktion machen.
Einerseits hatte ich Probleme mit der Beleuchtung, da diese im Rendering nicht
angezeigt wurde. Trotz mehrerer Versuche und Hilfe aus den Revitforum könnte ich den
Fehler nicht beheben.
Andererseits benötigt man für ein hochwertiges Rendering eine sehr leistungsstarke
Hardware. Bei kleineren Projekten, mit nicht so komplexen Texturen und Rendering
Einstellungen, hatte der Computer keine Probleme und schaffte das Rendering in
weniger als einer Minute. ei größeren Projekten dagegen, die mit Lichtquellen und viel
42
Textur ausgestattet sind, sind längere Renderingzeiten erfordelich. Da ich den
Walkthrough vollständig gerendert darstellen wollte, musste ich mich auf hohe
Renderingzeiten einstellen oder diesen in einem externen Programm wie Artlantis
erstellen. Ein Film besteht aus mehreren hundert Einzelbildern, die alle einzeln erstellt
werden müssen. Dies überforderte den Computer, dauerte mehrere Stunden und führte
zu einigen Programmabstürtzen.
Ein weiteres Hindernis waren die Verknüpfungen, da die in den verknüpften Projekten
geladenen Bauteile nicht im Rendering des Gesamtprojekts angezeigt wurden. Nach
mehreren erfolglosen Veränderungen der Ansichtseinstellungen, habe ich beschlossen
die Verknüpfungen zu lösen. Dadurch wurden zwar die Bauteile, die vorher nicht sichtbar
waren, angezeigt, jedoch vergrößerte sich mein Projekt und somit die benötigte
Rechenleistung.
Trotz dieser Probleme, die hauptsächlich im Rendering entstanden sind, kann ich das
Programm nur weiterempfehlen. Mit Autodesk Revit Structure 2012 lassen sich die
unterschiedlichsten Gebäude und Objekte modellieren und man erhält sehr gute
Ergebnisse.
43
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45
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Hauptbahnhof München 1854 ................................................................... 3
Abbildung 2: Zentraler Aufgang ...................................................................................... 5
Abbildung 3: Gesamtmodell ............................................................................................ 6
Abbildung 4: Rendering Bahnsteig ................................................................................. 7
Abbildung 5: Fangpunkt ................................................................................................... 9
Abbildung 6: Ebenen: U4 Ansicht Nord ........................................................................ 10
Abbildung 7: vordefinierte Geschossdecken ................................................................ 11
Abbildung 8: Ebenenansicht und 3D Ansicht ............................................................... 12
Abbildung 9: Wand an Geschossdecke sperren .......................................................... 13
Abbildung 10: Wandaufbau ........................................................................................... 14
Abbildung 11: Rolltreppen ............................................................................................. 15
Abbildung 12: Rampe in AutoCAD Architecture 2011 ................................................. 16
Abbildung 13: Rohrprofil ................................................................................................ 17
Abbildung 14: U-Bahn Tunnel ....................................................................................... 17
Abbildung 15: Verknüpfungen ....................................................................................... 19
Abbildung 16: Bahnsteig................................................................................................ 20
Abbildung 17: Lampe ..................................................................................................... 20
Abbildung 18: Unterschied: Rendering und Realistischer Bildstil ............................... 21
Abbildung 19: Bahnsteig U1/U2 .................................................................................... 23
Abbildung 20: Ansichten zur Erstellung des Walkthrough ........................................... 24
Abbildung 21: Ansichten ................................................................................................ 30
Abbildung 22: Bauteilliste .............................................................................................. 31
Abbildung 23: Verkürzte Planungszeit durch BIM-Software........................................ 32
Abbildung 24: Austausch zwischen Revit Architecture und Revit Structure............... 38
Abbildung 25: Planung mit Revit Structure ................................................................... 39
46
Selbstständigkeitserklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Bachelorarbeit selbstständig und nur
unter Verwendung der angegebenen Literatur und Hilfsmittel angefertigt habe. Die
aus fremden Quellen direkt oder indirekt übernommenen Stellen sind als solche
kenntlich gemacht.
Die Arbeit wurde bisher in gleicher oder ähnlicher Form keiner anderen
Prüfungsbehörde vorgelegt und auch nicht veröffentlicht.
...................................................... ....................................................
Ort, Datum Unterschrift des Verfassers